Luận án tiến sĩ: Ứng dụng chiết pha rắn và phương pháp phân tích hóa lý hiện đại xác định ion kim loại nặng trong mẫu nước - Phạm Hồng Quân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------- PHẠM HỒNG QUÂN ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CHIẾT PHA RẮN VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA LÝ HIỆN ĐẠI ĐỂ XÁC ĐỊNH VÀ ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG TRONG MẪU NƢỚC Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số: 62 44 29 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2011 1 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU. PHẦN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN. Tổng quan về kim loại nặng và phƣơng pháp xác định kim loại nặng. Trạng thái tự nhiên và nguồn phát tán kim loại nặng.

Độc tố của kim loại nặng. Các phƣơng pháp xác định lƣợng vết kim loại nặng. Phƣơng pháp plasma cao tần cảm ứng - khối phổ (ICP-MS). Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

Phƣơng pháp phân tích điện hóa. Phƣơng pháp chiết pha rắn và một số phƣơng pháp khác tách và làm giàu lƣợng vết kim loại nặng. Cơ sở lý thuyết chung về chiết pha rắn. Khái niệm về chiết pha rắn (SPE).

Cơ chế lƣu giữ chất phân tích trên cột chiết pha rắn (SPE). Ƣu điểm của chiết pha rắn để tách, làm giàu lƣợng vết kim loại nặng. Một số phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vết kim loại nặng. 2 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 1.1 Phƣơng pháp cộng kết .2 Phƣơng pháp chiết lỏng – lỏng .3 Phƣơng pháp chiết pha rắn.

Phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân loại đối tƣợng gây ô nhiễm .1 Phân tích thành phần chính (PCA) .2 Phân tích nhóm (CA) .1 Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu .2 Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu .1 Nội dung nghiên cứu .2 Phƣơng pháp nghiên cứu.1 Phƣơng pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP- MS xác định các kim loại nặng .2 Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) xác định thủy ngân, asen .3 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét SEM .4 Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt bằng thuyết hấp phụ BET .5 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại .6 Phƣơng pháp xác định cỡ hạt .3 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm .2 Thiết bị thí nghiệm. 3 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 2.3 Dụng cụ thí nghiệm .4 Tiến hành thí nghiệm .1 Điều chế vật liệu hấp phụ .2 Nghiên cứu tách và làm giàu lƣợng vết asen .3 Nghiên cứu tách chất và làm giàu lƣợng vết thủy ngân .4 Lấy mẫu, bảo quản mẫu nƣớc ngầm .1 Vị trí lấy mẫu .2 Lấy mẫu và tiền xử lý mẫu .5 Phƣơng pháp thống kê xử lý số liệu phân tích .1 Phƣơng pháp đánh giá mức độ ô nhiễm .2 Phƣơng pháp đánh giá nguồn gốc, phân bố ô nhiễm. CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp ICP-MS và HVG- AAS, CV-AAS xác định lƣợng vết các kim loại nặng.

Xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS). Khoảng tuyến tính. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lƣợng. Đánh giá độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phép đo.

Đánh giá hiệu suất thu hồi của phƣơng pháp. Xác nhận giá trị sử dụng của phƣơng pháp HVG-AAS xác định asen và phƣơng pháp CV-AAS xác định thủy ngân. 4 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 3. Khảo sát khoảng nồng độ tuyến tính của phép đo As, Hg.

Giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lƣợng (LOQ) và đánh giá phƣơng pháp phép đo thuỷ ngân trên hệ MVU-AAS và phép đo asen trên hệ HVG-AAS. Nghiên cứu tách các dạng asen vô cơ và làm giàu asen, thủy ngân bằng phƣơng pháp chiết pha rắn. Nghiên cứu điều kiện biến tính bề mặt γ-Al2O3 làm pha tĩnh trong kĩ thuật chiết pha rắn. Chế tạo vật liệu γ-Al2O3-SDS-APDC (M1).

Chế tạo vật liệu γ-Al2O3-SDS-dithizon (M2). Xác định tính chất vật lý của vật liệu hấp phụ. Khảo sát độ bền của vật liệu đối với axít. Hình dạng SEM của vật liệu.

Xác định diện tích bề mặt riêng (BET) và thể tích lỗ xốp của vật liệu. Xác định kích thƣớc vật liệu. Xác định các nhóm chức. Ứng dụng vật liệu hấp phụ để tách, làm giàu và xác định lƣợng vết Hg.

Nghiên cứu khả năng làm giàu lƣợng vết Hg(II) theo phƣơng pháp tĩnh. Nghiên cứu khả năng làm giàu lƣợng vết Hg(II) theo phƣơng pháp động. 5 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 3. Xác định hệ số làm giàu, khả năng tái sử dụng cột chiết và đánh giá phƣơng pháp SPE- CV- AAS.

Ứng dụng phân tích mẫu thực tế. Ứng dụng vật liệu M1 làm giàu và xác định lƣợng vết asen. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III), As(V) theo phƣơng pháp tĩnh. Nghiên cứu khả năng hấp phụ As(III) theo phƣơng pháp động.

Xác định hệ số làm giàu, khả năng tái sử dụng cột chiết và đánh giá phƣơng pháp SPE- HG- AAS. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế. Phân tích và đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc ngầm Nam Tân, Nam Sách, Hải Dƣơng. Kết quả phân tích mẫu nƣớc ngầm.

Đánh giá mức độ ô nhiễm, xác định phân bố không gian và nguồn gốc phát tán kim loại nặng trong nƣớc ngầm. Đánh giá mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến xác định phân bố không gian và nguồn gốc phát tán các kim loại nặng. PHẦN III: KẾT LUẬN.

Danh mục các công trình khoa học của tác giả đã công bố liên quan đến đề tài luận án. TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 6 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a PHẦN I: MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển nhanh chóng của xã hội hiện đại, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày nay đang trở thành mối quan tâm chung của nhân loại. Số lƣợng các độc chất phân tán trong môi trƣờng có chiều hƣớng tăng lên do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và tiêu thụ đa dạng của con ngƣời ngày một gia tăng. Một trong số những độc chất gây ô nhiễm mang độc tính cao phải kể đến các kim loại nặng nhƣ chì, cadimi, sắt, niken, coban, mangan, đồng, kẽm, crom, đặc biệt là asen và thủy ngân đã và đang phân tán nhanh trong môi trƣờng theo nhiều con đƣờng khác nhau.

Tuy nhiên, một khó khăn thƣờng gặp là hàm lƣợng các ion kim loại nặng trong mẫu phân tích thƣờng thấp hơn giới hạn định lƣợng của các thiết bị phân tích thông thƣờng. Chính vì vậy việc ứng dụng các kĩ thuật tách, làm giàu là hết sức cần thiết. Với nhiều ƣu điểm nổi bật của kĩ thuật chiết pha rắn so với các kĩ thuật khác là độ chọn lọc, hệ số làm giàu cao, kĩ thuật tiến hành đơn giản, thuận lợi cho việc chuẩn bị mẫu ở hiện trƣờng, dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, dễ tự động hóa và tƣơng đối rẻ tiền. Điều này cho phép ứng dụng kĩ thuật chiết pha rắn một cách hiệu quả trong các phòng thí nghiệm.

Xuất phát từ những mục tiêu trên chúng tôi đã chọn đề tài: Ứng dụng kĩ thuật chiết pha rắn và phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại để xác định và đánh giá hàm lƣợng một số ion kim loại nặng trong mẫu nƣớc. Những điểm mới của luận án 7 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 1. Điều chế đƣợc loại vật liệu mới γ-Al2O3-SDS-APDC (M1) và γ-Al2O3-SDS-dithizon (M2) sử dụng làm pha tĩnh trong kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu lƣợng vết ion kim loại nặng. Ứng dụng vật liệu γ-Al2O3-SDS-APDC (M1) vào làm giàu As(III) và tách loại dạng As(III) khỏi As(V) trong các mẫu nƣớc.

Ứng dụng vật liệu γ-Al2O3-SDS-APDC (M1) và γ-Al2O3- SDS-dithizon (M2) vào làm giàu Hg(II) trong mẫu nƣớc. Sử dụng phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến tìm nguồn gốc ô nhiễm, khả năng lan truyền ô nhiễm ion kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc ngầm xã Nam Tân, Nam Sách, Hải Dƣơng. * Bố cục của luận án Luận án gồm 136 trang, 75 bảng biểu, 59 hình vẽ và 125 tài liệu tham khảo. Bố cục của luận án nhƣ sau: Phần I: Mở đầu Phần II: Nội dung luận án Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Chƣơng 2: Thực nghiệm Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận Phần III: Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục PHẦN II: NỘI DUNG LUẬN ÁN Chƣơng 1.

Tổng quan 8 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a Chƣơng 1 đƣợc trình bày trong 25 trang, trong đó giới thiệu chung về kim loại nặng: độc tố của kim loại nặng, trạng thái tự nhiên và nguồn phát tán kim loại nặng. Chúng tôi giới thiệu một số phƣơng pháp xác định lƣợng vết kim loại nặng trong môi trƣờng nƣớc và tổng kết một số phƣơng pháp tách và làm giàu lƣợng vết kim loại nặng. Tiếp đó, chúng tôi giới thiệu chung về lý thuyết chiết pha rắn làm giàu lƣợng vết ion kim loại nặng: Khái niệm về chiết pha rắn, cơ chế lƣu giữ chất phân tích trên cột chiết pha rắn, ƣu điểm của kỹ thuật chiết pha rắn so với chiết lỏng-lỏng. Cuối cùng, chúng tôi giới thiệu về phƣơng pháp phân tích thống kê đa biến xác định nguồn gốc và phân loại đối tƣợng gây ô nhiễm.

Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phát triển phƣơng pháp phân tích lƣợng vết thủy ngân vô cơ, phân tích dạng As(III), As(V) vô cơ bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử sau khi làm giàu bằng kỹ thuật chiết pha rắn và phân tích lƣợng vết các ion đồng, chì, cadimi, kẽm, coban, niken, mangan, sắt, crom trong môi trƣờng nƣớc ngầm bằng phƣơng pháp ICP-MS. Đối tƣợng nghiên cứu là mẫu nƣớc ngầm có chứa lƣợng vết các kim loại nặng độc hại nhƣ asen, thuỷ ngân, đồng, chì, cadimi, kẽm, coban, niken, mangan, sắt, crom. Mẫu nƣớc đƣợc lấy theo khoảng cách và độ sâu để đánh giá nguồn gốc, sự phân bố và mức độ lan truyền ô nhiễm. Ngoài ra mẫu đƣợc lấy theo mùa mƣa và mùa khô để đánh giá sự biến đổi hàm lƣợng các kim loại nặng theo mùa.

Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 9 N CHAT LUONG download : add luanvanchat@a 2. Nội dung nghiên cứu Để đạt đƣợc các mục tiêu đề ra, luận án đã thực hiện các nội dung nghiên cứu cụ thể sau: 1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu chiết pha rắn để tách và làm giàu lƣợng vết các dạng As(III), As(V) vô cơ, làm giàu lƣợng vết Hg(II) trong môi trƣờng nƣớc. Nghiên cứu xây dựng quy trình tách và làm giàu As(III), As(V) trong môi trƣờng nƣớc bằng vật liệu chiết pha rắn sau đó xác định bằng phƣơng pháp HG-AAS.